基于多天線技術的非對稱tdd異構網絡中跨層干擾減輕方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線通信技術領域，尤其設及基于多天線技術的跨層干擾減輕技術， 特別是最優的編解碼矩陣設計。
【背景技術】
[0002] 隨著無線用戶對移動業務需求的快速的增長，如何為用戶提供無處不在的高速數 據接入服務正成為無線通信面臨的重要問題。已有研究表明，通過在宏蜂窩小區中的熱點 地區及覆蓋盲點地區布設picocell，可W有效的提高頻譜資源的利用效率，從而增加無線 蜂窩網絡的容量。但是，在該種異構網絡中，Picocell與宏蜂窩網絡復用相同的頻譜資源， 該導致了異構網絡中存在嚴重的干擾問題。
[0003] 在異構蜂窩網絡中同時存在嚴重的跨層干擾。跨層干擾指的是異構蜂窩網絡中不 同層次的小區間的干擾，例如宏蜂窩跟Picocell間的相互干擾。現有的干擾管理的方法主 要是通過資源劃分的方法來實現。該種方法通過將頻譜資源從時間域或頻率域上進行正交 劃分，然后給相互干擾的小區分配正交的資源，從而達到干擾避免的目的。但該種方法大大 降低了頻譜的利用效率。
[0004] 多天線技術提供了一種抑制干擾、提高頻譜利用率的方法，例如波束成形、干擾消 除、干擾對齊。其中干擾對齊可W通過將多個干擾信號對齊到一個子空間上使得其他子空 間可W進行無干擾的傳輸，從而解決干擾問題。對于具有K條通信鏈路的MIM0干擾信道，干 擾對齊技術通過設計發送端的發送波束成形矩陣，使得在每個接收端處來自K-1個干擾鏈 路的信號對齊到同一信號空間中，然后每個接收端通過迫零接收得到自己需要的信號。由 于異構網絡中不同層發射功率的不同，干擾情況不同于W往的干擾對齊場景。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例的目的在于利用非對稱TDD異構網絡特點提供一種基于多天線技 術的跨層干擾減輕方法。通過改變Picocell上下行帖順序使得干擾鏈路與之前的干擾鏈 路所不同，分別稱之為基站間干擾和用戶間干擾。對于基站間干擾，基站間可W通過回程鏈 路進行有限協作并利用多天線技術來降低之間的干擾。具體地說，對于宏基站對Picocell 基站的下行干擾，Picocell基站可W利用干擾消除技術來減輕；對于Picocell基站對宏基 站的上行干擾，每個Picocell基站需要將自身信號對齊到宏基站的空閑子空間上。
[0006] 本發明實施例一種基于多天線技術的非對稱TDD異構網絡中跨層干擾減輕方法 包括W下步驟：
[0007] 宏基站的下行傳輸
[000引步驟1宏基站對下行信道矩陣Hs。進行如下SVD分解：
[0009]
【主權項】
1.基于多天線技術的非對稱TDD異構網絡中跨層干擾減輕方法，其特征在于，包括以 下步驟： 宏基站的下行傳輸； 步驟1宏基站對下行信道矩陣H5tj進行如下SVD分解： H50 =U50E50V; 其中為奇異值按照由大到小排列所構成的對角矩陣；若宏蜂窩下行鏈路傳輸^^個 數據流，則宏基站下行傳輸的預編碼矩陣Ttl和宏用戶解碼矩陣1\￥5可設計為 T= W5 =U[，]t; 其中￥^^>1為前^^個列向量構成的矩陣； 步驟2宏基站將其所使用的預編碼矩陣Ttl廣播給其覆蓋區域內的所有picocell基 站； 步驟3每個picocell基站根據宏基站的預編碼矩陣Ttl和自身的上行信道矩陣Htt-沒 計出最優的編解碼矩陣；picocell用戶的預編碼矩陣Tjf和Pic0cell基站的解碼矩陣Wk的 設計按照如下公式進行：
picocell用戶到picocell基站和宏基站到picocell基站的信道，元^為picocell上行鏈 路傳輸的數據流個數； 步驟4picocell基站將求得的預編碼矩陣Tf發送給picocell用戶； 步驟5piC〇Cell用戶使用預編碼矩陣^進行上行傳輸； 步驟6pic〇Cell基站使用解碼矩陣Wk解調用戶的上行信號； 宏基站的上行傳輸 步驟1宏基站對信道矩陣Htj5進行SVD分解： W05V;， 其中2^為奇異值按照由大到小排列所構成的對角矩陣；若宏蜂窩上行鏈路傳輸<5個 數據流，則宏基站上行傳輸的預編碼矩陣T5和宏用戶解碼矩陣Wtl可設計為
步驟2宏基站將其所使用的解碼矩陣Wtl廣播給其覆蓋區域內的所有picocell基站； 步驟3每個picocell基站根據宏基站的解碼矩陣Wtl和自身的下行信道矩陣設計 出最優的編解碼矩陣；picocell基站的預編碼矩陣Tk和picocell用戶的解碼矩陣％的設 計按照如下公式進行：
11&和Hcik分別為picocell基站到picocell用戶和宏基站的信道矩陣， 為矩陣1個小的特征值所對應的特征向量，為矩陣Qk的第1列向量，為picocell下行鏈路傳輸的數據流個數； 步驟4picocell基站將求得的最優解碼矩陣％發送給PicoceIl用戶； 步驟5piC〇Cell基站用預編碼矩陣Tk發送下行信號； 步驟6pic〇Cell用戶使用解碼矩陣％解調基站的下行信號；
2.如權利要求1所述的非對稱TDD異構網絡中基于多天線技術的跨層干擾減輕方法， 其特征在于，在步驟3中，最優的編解碼矩陣設計方法如下： 宏蜂窩下行傳輸 步驟3. 1根據宏蜂窩下行信道的SVD分解，宏基站的預編碼矩陣T(i和宏用戶解碼 矩陣％設計按如下公式進行：
其中為宏基站下行鏈路傳輸的數據流個數；為奇異值按照由大到小排列所構成 的對角矩陣，v￡x~]svS()前?個列向量構成的矩陣； 步驟3. 2為了最小化宏基站干擾的同時最大化來自picocell用戶的有用信號，picocell基站使用的解碼矩陣Wk分成以下兩步進行設計：首先使用矩陣^來去除來 自宏基站的干擾，然后使用矩陣Jl來消除多流干擾；這樣解碼矩陣Wk表示為 w,=J：sl； 為了最小化宏基站的干擾，矩陣Sk設計為
其所對應的特征向量；定義picocell上行等效信道矩陣以及其SVD分解表示為 從而矩陣Jk和picocell用戶的預編碼矩陣分別可設置為：
宏蜂窩上行傳輸 步驟3. 1宏基站用戶的預編碼矩陣Ts和宏基站的解碼矩陣Wtl設計按如下公式進行：
其中Hfj5為宏用戶到宏基站的信道，:為宏用戶上行鏈路傳輸的數據流個數； 步驟3. 2為了保護宏蜂窩的上行傳輸，所有的picocell基站需要降自身的傳輸信號對 齊到宏蜂窩上行信號的零空間上，即picocell基站的預編碼矩陣需滿足下面式子：
同時，預編碼矩陣Tk還需要最大化有用信號；因此Tk分成以下兩步進行設計：首先使 用矩陣Qk將自身信號對齊到宏基站上行信號的零空間上干擾，然后使用矩陣Dk來最大化自 身的信號；這樣預編碼矩陣Tk表示為 Tk=QkDk; 矩陣Qk的設計分解成^個子問題；具體地，最大化picocell下行信號中第1個數據流 信號構建成如下的最優化問題：
【專利摘要】本發明公開了一種基于多天線技術的非對稱TDD異構網絡中跨層干擾減輕方法。其中以往的對稱TDD和本發明公開的非對稱TDD兩者的區別在于宏蜂窩網絡與picocell網絡的上下行傳輸順序。本發明可以極大地減輕跨層干擾，并有效提升頻譜資源利用率。非對稱TDD方案不僅可以降低反饋信令開銷和反饋時延而且不受用戶端天線數的限制，易于部署。
【IPC分類】H04B7-04, H04L1-00
【公開號】CN104717001
【申請號】CN201510114354
【發明人】李建東, 黃國剛, 劉偉, 盛敏, 張琰, 李紅艷
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月17日